圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
【課題】信頼性が向上した圧電素子、この圧電素子を備えた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供すること。
【解決手段】圧電体層３０の凹部３２内に第２電極４０が形成される。これによれば、第２電極４０の側面４２０が圧電体層３０で覆われているため、第２電極４０の側面４２０付近の電界集中を緩和することができる。したがって、放電が発生しづらくなる。
【解決手段】圧電体層３０の凹部３２内に第２電極４０が形成される。これによれば、第２電極４０の側面４２０が圧電体層３０で覆われているため、第２電極４０の側面４２０付近の電界集中を緩和することができる。したがって、放電が発生しづらくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度、高速駆動を可能にするため、薄膜技術を用いて製造できる圧電素子や液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドが知られている。例えば、特許文献１には、薄膜技術を用いて製造できるインクジェット式記録ヘッドおよび液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドは、振動板の上に設けられた第１電極としての下電極を圧電体層が覆い、複数の該圧電体層を連続して覆うように第２電極としての上電極が設けられた圧電素子を有する。このような圧電素子は、例えば、第２電極により、圧電体層に対する大気中の水分等の影響を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような構造の圧電素子に電圧が印加されて駆動する場合、第２電極の側面のエッジ部に電界が集中しやすく、その結果、圧電体層の絶縁破壊が発生する可能性がある。
【０００６】
上記事情に鑑み、第２電極の側面付近での電界集中を緩和させ、信頼性が向上した圧電素子、この圧電素子を備えた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［適用例１］
本適用例に係る圧電素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成され、圧電体からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子であって、前記圧電体層は、前記第２電極側の表面に凹部を有し、前記第２電極が前記凹部内に形成されていることを特徴とする。
本適用例によれば、第２電極の側面が凹部の内面と接触して覆われているので、第１電極と、第２電極の側面との間の誘電率が一定となり、第２電極の側面のエッジ部の電界集中を緩和することができる。したがって、圧電体層の絶縁破壊が減少し、信頼性が向上した圧電素子が得られる。
【０００８】
［適用例２］
上記適用例に記載の圧電素子は、前記圧電体層は同一材料からなることが好ましい。
本適用例によれば、同一材料であるため、異なる材料間の界面における電界集中をより抑制し、信頼性をさらに向上させることができると共に、効率的に製造することが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
上記適用例に記載の圧電素子は、前記圧電体層は前記凹部の底面を構成する材料と前記凹部の側面を構成する材料とが異なっており、前記凹部の前記側面を構成する材料の誘電率が前記凹部の前記底面を構成する材料の誘電率より高いことが好ましい。
本適用例によれば、凹部の側面を構成する材料の誘電率が、凹部の底面を構成する材料の誘電率より高いため、第２電極の側面付近の電界集中をさらに緩和させ、信頼性をさらに向上させることができる。
【００１０】
［適用例４］
上記適用例に記載の圧電素子は、前記第２電極の厚みは、凹部の深さより薄いことが好ましい。
本適用例によれば、第２電極が凹部より上に出ることがなく、信頼性をさらに向上させることができると共に、効率的に製造することが可能となる。
【００１１】
［適用例５］
本発明の態様の１つである液体噴射ヘッドは、上記の圧電素子を含む。
本適用例によれば、上記いずれかの圧電素子を有し、前述の効果を達成できる液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１２】
［適用例６］
本発明の態様の１つである液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドを含む。
本適用例によれば、上記液体噴射ヘッドを有し、前述の効果を達成できる液体噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、実施形態の圧電素子を模式的に示す平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａにおける模式断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ線における模式断面図。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、圧電素子の製造工程を示す模式断面図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、変形例に係る圧電素子の模式断面図。
【図４】実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を示す模式断面図。
【図５】実施形態に係る液体噴射ヘッドを示す模式分解斜視図。
【図６】実施形態に係る液体噴射装置を示す模式斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１５】
１．圧電素子
１−１．圧電素子の構造
図１（ａ）は、実施形態の圧電素子１００を模式的に示す平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ線における圧電素子を示す模式断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ線における圧電素子１００を示す模式断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る圧電素子１００は、振動板１０、第１電極２０、圧電体層３０および第２電極４０を含む。
【００１６】
図１（ａ）において、圧電素子１００は、振動板１０を基板として形成される。図１（ａ）に示すように、圧電素子１００は、一方向に延びるように形成されていてもよい。ここで、圧電素子１００が延びる方向を第１の方向１１０とする。また、図１（ａ）に示すように、第１の方向１１０と交差する方向を第２の方向１２０とする。
【００１７】
振動板１０には、例えば、導電体、半導体、絶縁体の少なくとも１つを用いて形成されたプレート状の基板を用いることができる。図示はしないが、振動板１０は、複数の層の積層体であってもよい。振動板１０の材質としては、例えば、窒化シリコンなどの無機窒化物、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、酸化チタンなどの無機酸化物、ニッケル、ステンレス鋼などの合金を用いることができる。振動板１０の厚みは、用いる材質の弾性率などにしたがって最適に選ばれる。振動板１０は、圧電体層３０の動作により、撓んだり、振動したりすることができる。
【００１８】
第１電極２０は、第２電極４０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極２０は、例えば、圧電素子１００の下部電極であってもよい。図示はされないが、第１電極２０は、駆動回路と電気的に接続しているリード配線と電気的に接続されている。第１電極２０とリード配線との電気的接続方法は、特に限定されない。
また、第１電極２０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第１電極２０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第１電極２０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００１９】
圧電体層３０は、図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示されるように、振動板１０および第１電極２０の上に形成される。
圧電体層３０は、図１（ｃ）に示すように、圧電体層３０の面３１において凹部３２を有する。
ここで、本発明において、「凹部」という文言は、公知のＭＥＭＳ加工において、意図的にパターニングすることにより形成された凹部を意味する。したがって、より微視化することによって、物質の表面において不可避的に確認される凹部は、本発明の「凹部」の文言範囲として含まれないものとする。
【００２０】
凹部３２の形状は、圧電体層３０の面３１において、窪みを形成することができる限り特に限定されない。例えば、図１（ｃ）に示すように、凹部３２は、その底面３３が、第１の方向１１０において延びるように形成されていてもよい。つまりは、凹部３２は、溝状凹部であってもよい。
図１（ｃ）に示すように、凹部３２の内面は、底面３３と面３１における開口部に連続したテーパー状の側面３４とから構成される。ここで、図１（ｃ）に示すように、側面３４および底面３３が連結する部分が角部３５を形成する。ここで、角部３５の形成する角度は、鈍角であってもよい。
また、図示はされないが、凹部３２の内面は、側面および底面が連続した面であって、例えば略円弧状の連続した曲面から形成されていてもよい。
【００２１】
圧電体層３０の材質としては、圧電特性を有する圧電材料であれば特に限定されないが、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ3）などが挙げられる。例えば、圧電体層３０は、これらの圧電材料を用いた同一材料からなる。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、第２電極４０は、圧電体層３０の凹部３２内に形成される。これによれば、第２電極４０の底面４１０および側面４２０が圧電体層３０に覆われているため、第２電極４０の側面４２０付近の電界集中を緩和することができる。ここで、凹部３２内に形成されるとは、図１（ｃ）に示すように、第２電極４０の上面４３０が、凹部３２の開口部（面３１）より外側には突出せず、第２電極４０の上面４３０が、凹部３２の開口部（面３１）と同一面または内側に位置するように形成されることを意味する。
【００２３】
第２電極４０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、第２の方向１２０において、圧電体層３０を覆うように形成されていてもよい。また、図示はされないが、第２電極４０は、複数の隣り合う圧電体層３０を連続して覆っていてもよい。
【００２４】
第２電極４０は、第１電極２０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極２０が下部電極である場合は、第２電極４０は上部電極であってもよい。第２電極４０は、図示しない駆動回路と電気的に接続されている。第２電極４０と駆動回路との電気的接続方法は、特に限定されない。例えば、第２電極４０と駆動回路とは、図示されないリード配線を介して電気的に接続されていてもよい。
また、図示はされないが、第２電極４０の一部の表面には絶縁性保護膜が形成されていてもよい。
【００２５】
第２電極４０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第２電極４０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第２電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００２６】
以上のいずれかの構成により、実施形態に係る圧電素子１００を構成することができる。
実施形態に係る圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体層３０の凹部３２内に第２電極４０が形成される。これによれば、第２電極４０の側面４２０が圧電体層３０で覆われているため、第２電極４０の側面４２０付近の電界集中を緩和することができる。したがって、放電が発生しづらくなる。
以上より、圧電体層を覆うように形成された第２電極を有する圧電素子と比べて、より信頼性の高い圧電素子１００を提供することができる。
【００２７】
１−２．圧電素子の製造方法
次に、実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について説明する。図２（ａ）〜図２（ｇ）は、実施形態の圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。各図において、左図は、第１の方向１１０における断面図であり、右図は、第２の方向１２０における断面図である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように振動板１０に導電層２０ａを形成する。ここで、導電層２０ａの詳細な構成は、前述されているため、省略する。導電層２０ａは、公知の成膜技術によって形成されてもよい。例えば、図示はされないが、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって導電層２０ａを形成してもよい。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、導電層２０ａを所定の形状にエッチングすることによって第１電極２０を形成してもよい。ここで、図示はされないが、第１電極２０を形成するための導電層２０ａがエッチングによってパターニングされる前に、導電層２０ａの上に圧電体層３０と同じ材料からなる膜を形成してもよい。この膜は、少なくとも、所望の形状にパターニングされる第１電極２０が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１電極２０をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１電極２０と圧電体層３０との結晶配向の低下を保護することができる。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１電極２０を覆うように圧電体層３０を形成する。ここで、圧電体層３０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。圧電体層３０は、塗布法などにより成膜された圧電体層膜をパターニングすることによって形成される。具体的には、圧電体層膜は、例えば、公知の圧電材料である前駆体を振動板１０と第１電極２０を覆うように塗布して加熱処理されて形成されてもよい。用いられる前駆体としては、加熱処理によって焼成した後、分極処理され、圧電特性を発生させるものであれば特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の前駆体を用いてもよい。
【００３１】
ここで、例えば圧電体層３０をチタン酸ジルコン酸鉛によって形成する場合、図示はされないが、チタンからなる中間チタン層を振動板１０と第１電極２０の上に形成した後に、圧電材料である前駆体を塗布したりしてもよい。これによれば、前駆体を加熱処理によって、圧電体層３０を結晶成長させる際、振動板１０上での結晶大粒の発生を抑制できる。なお、中間チタン層は加熱処理時に圧電体層３０の結晶内に取り込まれることができる。
【００３２】
次に、図２（ｄ）および図２（ｅ）に示すように、圧電体層３０を所望の形状にパターニングする。このとき、圧電体層３０の面３１に凹部３２も形成する。図２（ｅ）には、圧電体層３０の表面である面３１を破線で示した。図では、エッチングされる前の面３１の位置を、凹部３２の位置も示してある。
圧電体層３０のパターニングは、例えば、所望の位置にレジストを形成し、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。
【００３３】
次に、図２（ｆ）に示すように、第２電極４０を圧電体層３０の上に形成する。ここで、第２電極４０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。第２電極４０は、公知の成膜技術によって形成されてもよい。第２電極４０は、例えば、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって形成してもよい。
ここで、第２電極４０は、凹部３２を埋めるように形成される。
【００３４】
次に、図２（ｇ）に示すように、第２電極４０を所望の形状にパターニングする。第２電極４０のパターニングは、例えば、所望の位置にレジストを形成し、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。
【００３５】
本発明は、上述した圧電素子１００の製造方法に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。
【００３６】
以下に、圧電素子１００の変形例を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態の変形例に係る圧電素子１００を示す模式断面図である。
図３（ａ）に変形例１を、図３（ｂ）に変形例２を示した。
（変形例１）
図３（ａ）において、圧電体層３０は、複数の材料を積層した構造であってもよい。例えば、圧電体層３０は、第１の圧電体層３６と第１の圧電体層３６上に形成された第２の圧電体層３７とを備えている。ここで、第１の圧電体層３６の誘電率より第２の圧電体層３７の誘電率が高いのが好ましい。
凹部３２は、第２の圧電体層３７に、第１の圧電体層３６が露出するまで形成され、凹部３２の底面３３は第１の圧電体層３６で構成されている。また、第２電極４０の側面４２０は、第２の圧電体層３７で覆われている。
これによれば、凹部３２に形成された第２電極４０の側面４２０付近の電界集中をさらに緩和させ、信頼性をさらに向上させることができる。
【００３７】
（変形例２）
図３（ｂ）において、第２電極４０の厚みは、凹部３２の深さより薄く形成されている。
これによれば、第２電極４０が凹部３２の開口部（破線で示した面３１の位置）より上に出ることがなく、信頼性をさらに向上させることができると共に、効率的に製造することが可能となる。
【００３８】
２．液体噴射ヘッド
次に、実施形態に係る圧電素子１００を有する液体噴射ヘッド２００について、図面を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部を示す模式断面図である。図５は、実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図５では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【００３９】
図４および図５に示すように、液体噴射ヘッド２００は、上述の圧電素子１００を備えている。また、液体噴射ヘッド２００は、図４および図５に示すように、ノズル孔２１２が形成されたノズル板２１０と、圧力室２２２を形成するための圧力室基板２２０とを含む。
【００４０】
圧電素子１００の数は特に限定されず、複数形成されていてよい。なお、圧電素子１００が複数形成される場合は、振動板１０は共通の基板となり、複数の第１電極２０が形成され、かつ、第２電極４０が共通電極となる。さらに、液体噴射ヘッド２００は、図５に示すように、筐体２３０を有することができる。
【００４１】
ノズル板２１０は、図４および図５に示すように、ノズル孔２１２を有する。ノズル孔２１２からは、インクなどの液体等（液体のみならず、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、又は、メタルフレーク等を含むものなどを含む。以下同じ。）を液滴として吐出されることができる。ノズル板２１０には、例えば、多数のノズル孔２１２が一列に設けられている。ノズル板２１０の材質としては、例えば、シリコン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【００４２】
圧力室基板２２０は、ノズル板２１０上（図５の例では下）に設けられている。圧力室基板２２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板２２０がノズル板２１０と振動板１０との間の空間を区画することにより、図５に示すように、リザーバー（液体貯留部）２２４と、リザーバー２２４と連通する供給口２２６と、供給口２２６と連通する圧力室２２２と、が設けられている。この例では、リザーバー２２４と、供給口２２６と、圧力室２２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体等の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口２２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。
【００４３】
リザーバー２２４、供給口２２６および圧力室２２２は、ノズル板２１０と圧力室基板２２０と振動板１０とによって区画されている。ここで、振動板１０は、圧電素子１００を含む液体噴射ヘッド２００の可動部分となることができ、圧力室２２２などの壁の一部を構成している。
リザーバー２２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１０に設けられた貫通孔２２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー２２４内のインクは、供給口２２６を介して、圧力室２２２に供給されることができる。圧力室２２２は、振動板１０の変形により容積が変化する。圧力室２２２はノズル孔２１２と連通しており、圧力室２２２の容積が変化することによって、ノズル孔２１２から液体等が吐出される。
【００４４】
振動板１０が圧電素子１００を含む液体噴射ヘッド２００の振動板である場合は、振動板１０の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とすることができる。振動板１０の厚みが２００ｎｍよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなることがあり、５０００ｎｍよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。
【００４５】
圧電素子１００は、圧力室基板２２０上（図５の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１０は、積層構造（圧電体層３０）の動作によって変形し、圧力室２２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
筐体２３０は、図５に示すように、ノズル板２１０、圧力室基板２２０および圧電素子１００を収納することができる。筐体２３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。
【００４６】
液体噴射ヘッド２００は、信頼性が向上した圧電素子１００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液体噴射ヘッド２００を実現できる。
【００４７】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッド２００は、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００４８】
３．液体噴射装置
次に、実施形態に係る液体噴射装置３００について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置３００は、上述の液体噴射ヘッド２００を有する。以下では、液体噴射装置３００が上述の液体噴射ヘッド２００を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図６は、実施形態に係る液体噴射装置３００を示す模式斜視図である。
【００４９】
液体噴射装置３００は、図６に示すように、ヘッドユニット３３０と、駆動部３１０と、制御部３６０と、を含む。さらに、液体噴射装置３００は、装置本体３２０と、給紙部３５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ３２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口３２２と、装置本体３２０の上面に配置された操作パネル３７０と、を含むことができる。
【００５０】
ヘッドユニット３３０は、上述した液体噴射ヘッド２００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット３３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ３３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ３３１を搭載した運搬部（キャリッジ）３３２と、を備える。
【００５１】
駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０を往復動させることができる。駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０の駆動源となるキャリッジモーター３４１と、キャリッジモーター３４１の回転を受けて、ヘッドユニット３３０を往復動させる往復動機構３４２と、を有する。
【００５２】
往復動機構３４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸３４４と、キャリッジガイド軸３４４と平行に延在するタイミングベルト３４３と、を備える。キャリッジガイド軸３４４は、キャリッジ３３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ３３２を支持している。さらに、キャリッジ３３２は、タイミングベルト３４３の一部に固定されている。キャリッジモーター３４１の作動により、タイミングベルト３４３を走行させると、キャリッジガイド軸３４４に導かれて、ヘッドユニット３３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００５３】
なお、実施形態では、液体噴射ヘッド２００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置３００は、液体噴射ヘッド２００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置３００によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【００５４】
制御部３６０は、ヘッドユニット３３０、駆動部３１０および給紙部３５０を制御することができる。
【００５５】
給紙部３５０は、記録用紙Ｐをトレイ３２１からヘッドユニット３３０側へ送り込むことができる。給紙部３５０は、その駆動源となる給紙モーター３５１と、給紙モーター３５１の作動により回転する給紙ローラー３５２と、を備える。給紙ローラー３５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー３５２ａおよび駆動ローラー３５２ｂを備える。駆動ローラー３５２ｂは、給紙モーター３５１に連結されている。制御部３６０によって給紙部３５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３３０の下方を通過するように送られる。
【００５６】
ヘッドユニット３３０、駆動部３１０、制御部３６０および給紙部３５０は、装置本体３２０の内部に設けられている。
【００５７】
液体噴射装置３００は、信頼性が向上した圧電素子１００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液体噴射装置３００を実現できる。
【００５８】
なお、上記例示した液体噴射装置３００は、１つの液体噴射ヘッド２００を有し、この液体噴射ヘッド２００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッド２００を有してもよい。液体噴射装置３００が複数の液体噴射ヘッド２００を有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【００５９】
以上、本発明に係る液体噴射装置３００の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット式記録装置を説明したが、本発明に係る液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体等（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【００６０】
なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【００６１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００６２】
１０…振動板、２０…第１電極、２０ａ…導電層、３０…圧電体層、３１…面、３２…凹部、３３…底面、３４…側面、３５…角部、３６…第１の圧電体層、３７…第２の圧電体層、４０…第２電極、１００…圧電素子、１１０…第１の方向、１２０…第２の方向、２００…液体噴射ヘッド、２１０…ノズル板、２１２…ノズル孔、２２０…圧力室基板、２２２…圧力室、２２４…リザーバー、２２６…供給口、２２８…貫通孔、２３０…筐体、３００…液体噴射装置、３１０…駆動部、３２０…装置本体、３２１…トレイ、３２２…排出口、３３０…ヘッドユニット、３３１…インクカートリッジ、３３２…キャリッジ、３４１…キャリッジモーター、３４２…往復動機構、３４３…タイミングベルト、３４４…キャリッジガイド軸、３５０…給紙部、３５１…給紙モーター、３５２…給紙ローラー、３５２ａ…従動ローラー、３５２ｂ…駆動ローラー、３６０…制御部、３７０…操作パネル、４１０…底面、４２０…側面、４３０…上面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度、高速駆動を可能にするため、薄膜技術を用いて製造できる圧電素子や液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッドが知られている。例えば、特許文献１には、薄膜技術を用いて製造できるインクジェット式記録ヘッドおよび液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドは、振動板の上に設けられた第１電極としての下電極を圧電体層が覆い、複数の該圧電体層を連続して覆うように第２電極としての上電極が設けられた圧電素子を有する。このような圧電素子は、例えば、第２電極により、圧電体層に対する大気中の水分等の影響を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような構造の圧電素子に電圧が印加されて駆動する場合、第２電極の側面のエッジ部に電界が集中しやすく、その結果、圧電体層の絶縁破壊が発生する可能性がある。
【０００６】
上記事情に鑑み、第２電極の側面付近での電界集中を緩和させ、信頼性が向上した圧電素子、この圧電素子を備えた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［適用例１］
本適用例に係る圧電素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成され、圧電体からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子であって、前記圧電体層は、前記第２電極側の表面に凹部を有し、前記第２電極が前記凹部内に形成されていることを特徴とする。
本適用例によれば、第２電極の側面が凹部の内面と接触して覆われているので、第１電極と、第２電極の側面との間の誘電率が一定となり、第２電極の側面のエッジ部の電界集中を緩和することができる。したがって、圧電体層の絶縁破壊が減少し、信頼性が向上した圧電素子が得られる。
【０００８】
［適用例２］
上記適用例に記載の圧電素子は、前記圧電体層は同一材料からなることが好ましい。
本適用例によれば、同一材料であるため、異なる材料間の界面における電界集中をより抑制し、信頼性をさらに向上させることができると共に、効率的に製造することが可能となる。
【０００９】
［適用例３］
上記適用例に記載の圧電素子は、前記圧電体層は前記凹部の底面を構成する材料と前記凹部の側面を構成する材料とが異なっており、前記凹部の前記側面を構成する材料の誘電率が前記凹部の前記底面を構成する材料の誘電率より高いことが好ましい。
本適用例によれば、凹部の側面を構成する材料の誘電率が、凹部の底面を構成する材料の誘電率より高いため、第２電極の側面付近の電界集中をさらに緩和させ、信頼性をさらに向上させることができる。
【００１０】
［適用例４］
上記適用例に記載の圧電素子は、前記第２電極の厚みは、凹部の深さより薄いことが好ましい。
本適用例によれば、第２電極が凹部より上に出ることがなく、信頼性をさらに向上させることができると共に、効率的に製造することが可能となる。
【００１１】
［適用例５］
本発明の態様の１つである液体噴射ヘッドは、上記の圧電素子を含む。
本適用例によれば、上記いずれかの圧電素子を有し、前述の効果を達成できる液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１２】
［適用例６］
本発明の態様の１つである液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドを含む。
本適用例によれば、上記液体噴射ヘッドを有し、前述の効果を達成できる液体噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、実施形態の圧電素子を模式的に示す平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａにおける模式断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ線における模式断面図。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、圧電素子の製造工程を示す模式断面図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、変形例に係る圧電素子の模式断面図。
【図４】実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を示す模式断面図。
【図５】実施形態に係る液体噴射ヘッドを示す模式分解斜視図。
【図６】実施形態に係る液体噴射装置を示す模式斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１５】
１．圧電素子
１−１．圧電素子の構造
図１（ａ）は、実施形態の圧電素子１００を模式的に示す平面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ線における圧電素子を示す模式断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ線における圧電素子１００を示す模式断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る圧電素子１００は、振動板１０、第１電極２０、圧電体層３０および第２電極４０を含む。
【００１６】
図１（ａ）において、圧電素子１００は、振動板１０を基板として形成される。図１（ａ）に示すように、圧電素子１００は、一方向に延びるように形成されていてもよい。ここで、圧電素子１００が延びる方向を第１の方向１１０とする。また、図１（ａ）に示すように、第１の方向１１０と交差する方向を第２の方向１２０とする。
【００１７】
振動板１０には、例えば、導電体、半導体、絶縁体の少なくとも１つを用いて形成されたプレート状の基板を用いることができる。図示はしないが、振動板１０は、複数の層の積層体であってもよい。振動板１０の材質としては、例えば、窒化シリコンなどの無機窒化物、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、酸化チタンなどの無機酸化物、ニッケル、ステンレス鋼などの合金を用いることができる。振動板１０の厚みは、用いる材質の弾性率などにしたがって最適に選ばれる。振動板１０は、圧電体層３０の動作により、撓んだり、振動したりすることができる。
【００１８】
第１電極２０は、第２電極４０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極２０は、例えば、圧電素子１００の下部電極であってもよい。図示はされないが、第１電極２０は、駆動回路と電気的に接続しているリード配線と電気的に接続されている。第１電極２０とリード配線との電気的接続方法は、特に限定されない。
また、第１電極２０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第１電極２０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第１電極２０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００１９】
圧電体層３０は、図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示されるように、振動板１０および第１電極２０の上に形成される。
圧電体層３０は、図１（ｃ）に示すように、圧電体層３０の面３１において凹部３２を有する。
ここで、本発明において、「凹部」という文言は、公知のＭＥＭＳ加工において、意図的にパターニングすることにより形成された凹部を意味する。したがって、より微視化することによって、物質の表面において不可避的に確認される凹部は、本発明の「凹部」の文言範囲として含まれないものとする。
【００２０】
凹部３２の形状は、圧電体層３０の面３１において、窪みを形成することができる限り特に限定されない。例えば、図１（ｃ）に示すように、凹部３２は、その底面３３が、第１の方向１１０において延びるように形成されていてもよい。つまりは、凹部３２は、溝状凹部であってもよい。
図１（ｃ）に示すように、凹部３２の内面は、底面３３と面３１における開口部に連続したテーパー状の側面３４とから構成される。ここで、図１（ｃ）に示すように、側面３４および底面３３が連結する部分が角部３５を形成する。ここで、角部３５の形成する角度は、鈍角であってもよい。
また、図示はされないが、凹部３２の内面は、側面および底面が連続した面であって、例えば略円弧状の連続した曲面から形成されていてもよい。
【００２１】
圧電体層３０の材質としては、圧電特性を有する圧電材料であれば特に限定されないが、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ3）などが挙げられる。例えば、圧電体層３０は、これらの圧電材料を用いた同一材料からなる。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、第２電極４０は、圧電体層３０の凹部３２内に形成される。これによれば、第２電極４０の底面４１０および側面４２０が圧電体層３０に覆われているため、第２電極４０の側面４２０付近の電界集中を緩和することができる。ここで、凹部３２内に形成されるとは、図１（ｃ）に示すように、第２電極４０の上面４３０が、凹部３２の開口部（面３１）より外側には突出せず、第２電極４０の上面４３０が、凹部３２の開口部（面３１）と同一面または内側に位置するように形成されることを意味する。
【００２３】
第２電極４０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、第２の方向１２０において、圧電体層３０を覆うように形成されていてもよい。また、図示はされないが、第２電極４０は、複数の隣り合う圧電体層３０を連続して覆っていてもよい。
【００２４】
第２電極４０は、第１電極２０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極２０が下部電極である場合は、第２電極４０は上部電極であってもよい。第２電極４０は、図示しない駆動回路と電気的に接続されている。第２電極４０と駆動回路との電気的接続方法は、特に限定されない。例えば、第２電極４０と駆動回路とは、図示されないリード配線を介して電気的に接続されていてもよい。
また、図示はされないが、第２電極４０の一部の表面には絶縁性保護膜が形成されていてもよい。
【００２５】
第２電極４０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第２電極４０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第２電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００２６】
以上のいずれかの構成により、実施形態に係る圧電素子１００を構成することができる。
実施形態に係る圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
実施形態に係る圧電素子１００によれば、圧電体層３０の凹部３２内に第２電極４０が形成される。これによれば、第２電極４０の側面４２０が圧電体層３０で覆われているため、第２電極４０の側面４２０付近の電界集中を緩和することができる。したがって、放電が発生しづらくなる。
以上より、圧電体層を覆うように形成された第２電極を有する圧電素子と比べて、より信頼性の高い圧電素子１００を提供することができる。
【００２７】
１−２．圧電素子の製造方法
次に、実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について説明する。図２（ａ）〜図２（ｇ）は、実施形態の圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。各図において、左図は、第１の方向１１０における断面図であり、右図は、第２の方向１２０における断面図である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように振動板１０に導電層２０ａを形成する。ここで、導電層２０ａの詳細な構成は、前述されているため、省略する。導電層２０ａは、公知の成膜技術によって形成されてもよい。例えば、図示はされないが、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって導電層２０ａを形成してもよい。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、導電層２０ａを所定の形状にエッチングすることによって第１電極２０を形成してもよい。ここで、図示はされないが、第１電極２０を形成するための導電層２０ａがエッチングによってパターニングされる前に、導電層２０ａの上に圧電体層３０と同じ材料からなる膜を形成してもよい。この膜は、少なくとも、所望の形状にパターニングされる第１電極２０が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１電極２０をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１電極２０と圧電体層３０との結晶配向の低下を保護することができる。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１電極２０を覆うように圧電体層３０を形成する。ここで、圧電体層３０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。圧電体層３０は、塗布法などにより成膜された圧電体層膜をパターニングすることによって形成される。具体的には、圧電体層膜は、例えば、公知の圧電材料である前駆体を振動板１０と第１電極２０を覆うように塗布して加熱処理されて形成されてもよい。用いられる前駆体としては、加熱処理によって焼成した後、分極処理され、圧電特性を発生させるものであれば特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の前駆体を用いてもよい。
【００３１】
ここで、例えば圧電体層３０をチタン酸ジルコン酸鉛によって形成する場合、図示はされないが、チタンからなる中間チタン層を振動板１０と第１電極２０の上に形成した後に、圧電材料である前駆体を塗布したりしてもよい。これによれば、前駆体を加熱処理によって、圧電体層３０を結晶成長させる際、振動板１０上での結晶大粒の発生を抑制できる。なお、中間チタン層は加熱処理時に圧電体層３０の結晶内に取り込まれることができる。
【００３２】
次に、図２（ｄ）および図２（ｅ）に示すように、圧電体層３０を所望の形状にパターニングする。このとき、圧電体層３０の面３１に凹部３２も形成する。図２（ｅ）には、圧電体層３０の表面である面３１を破線で示した。図では、エッチングされる前の面３１の位置を、凹部３２の位置も示してある。
圧電体層３０のパターニングは、例えば、所望の位置にレジストを形成し、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。
【００３３】
次に、図２（ｆ）に示すように、第２電極４０を圧電体層３０の上に形成する。ここで、第２電極４０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。第２電極４０は、公知の成膜技術によって形成されてもよい。第２電極４０は、例えば、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって形成してもよい。
ここで、第２電極４０は、凹部３２を埋めるように形成される。
【００３４】
次に、図２（ｇ）に示すように、第２電極４０を所望の形状にパターニングする。第２電極４０のパターニングは、例えば、所望の位置にレジストを形成し、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。
【００３５】
本発明は、上述した圧電素子１００の製造方法に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。
【００３６】
以下に、圧電素子１００の変形例を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態の変形例に係る圧電素子１００を示す模式断面図である。
図３（ａ）に変形例１を、図３（ｂ）に変形例２を示した。
（変形例１）
図３（ａ）において、圧電体層３０は、複数の材料を積層した構造であってもよい。例えば、圧電体層３０は、第１の圧電体層３６と第１の圧電体層３６上に形成された第２の圧電体層３７とを備えている。ここで、第１の圧電体層３６の誘電率より第２の圧電体層３７の誘電率が高いのが好ましい。
凹部３２は、第２の圧電体層３７に、第１の圧電体層３６が露出するまで形成され、凹部３２の底面３３は第１の圧電体層３６で構成されている。また、第２電極４０の側面４２０は、第２の圧電体層３７で覆われている。
これによれば、凹部３２に形成された第２電極４０の側面４２０付近の電界集中をさらに緩和させ、信頼性をさらに向上させることができる。
【００３７】
（変形例２）
図３（ｂ）において、第２電極４０の厚みは、凹部３２の深さより薄く形成されている。
これによれば、第２電極４０が凹部３２の開口部（破線で示した面３１の位置）より上に出ることがなく、信頼性をさらに向上させることができると共に、効率的に製造することが可能となる。
【００３８】
２．液体噴射ヘッド
次に、実施形態に係る圧電素子１００を有する液体噴射ヘッド２００について、図面を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部を示す模式断面図である。図５は、実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図５では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【００３９】
図４および図５に示すように、液体噴射ヘッド２００は、上述の圧電素子１００を備えている。また、液体噴射ヘッド２００は、図４および図５に示すように、ノズル孔２１２が形成されたノズル板２１０と、圧力室２２２を形成するための圧力室基板２２０とを含む。
【００４０】
圧電素子１００の数は特に限定されず、複数形成されていてよい。なお、圧電素子１００が複数形成される場合は、振動板１０は共通の基板となり、複数の第１電極２０が形成され、かつ、第２電極４０が共通電極となる。さらに、液体噴射ヘッド２００は、図５に示すように、筐体２３０を有することができる。
【００４１】
ノズル板２１０は、図４および図５に示すように、ノズル孔２１２を有する。ノズル孔２１２からは、インクなどの液体等（液体のみならず、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、又は、メタルフレーク等を含むものなどを含む。以下同じ。）を液滴として吐出されることができる。ノズル板２１０には、例えば、多数のノズル孔２１２が一列に設けられている。ノズル板２１０の材質としては、例えば、シリコン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【００４２】
圧力室基板２２０は、ノズル板２１０上（図５の例では下）に設けられている。圧力室基板２２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板２２０がノズル板２１０と振動板１０との間の空間を区画することにより、図５に示すように、リザーバー（液体貯留部）２２４と、リザーバー２２４と連通する供給口２２６と、供給口２２６と連通する圧力室２２２と、が設けられている。この例では、リザーバー２２４と、供給口２２６と、圧力室２２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体等の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口２２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。
【００４３】
リザーバー２２４、供給口２２６および圧力室２２２は、ノズル板２１０と圧力室基板２２０と振動板１０とによって区画されている。ここで、振動板１０は、圧電素子１００を含む液体噴射ヘッド２００の可動部分となることができ、圧力室２２２などの壁の一部を構成している。
リザーバー２２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１０に設けられた貫通孔２２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー２２４内のインクは、供給口２２６を介して、圧力室２２２に供給されることができる。圧力室２２２は、振動板１０の変形により容積が変化する。圧力室２２２はノズル孔２１２と連通しており、圧力室２２２の容積が変化することによって、ノズル孔２１２から液体等が吐出される。
【００４４】
振動板１０が圧電素子１００を含む液体噴射ヘッド２００の振動板である場合は、振動板１０の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とすることができる。振動板１０の厚みが２００ｎｍよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなることがあり、５０００ｎｍよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。
【００４５】
圧電素子１００は、圧力室基板２２０上（図５の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１０は、積層構造（圧電体層３０）の動作によって変形し、圧力室２２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
筐体２３０は、図５に示すように、ノズル板２１０、圧力室基板２２０および圧電素子１００を収納することができる。筐体２３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。
【００４６】
液体噴射ヘッド２００は、信頼性が向上した圧電素子１００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液体噴射ヘッド２００を実現できる。
【００４７】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド２００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッド２００は、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００４８】
３．液体噴射装置
次に、実施形態に係る液体噴射装置３００について、図面を参照しながら説明する。液体噴射装置３００は、上述の液体噴射ヘッド２００を有する。以下では、液体噴射装置３００が上述の液体噴射ヘッド２００を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図６は、実施形態に係る液体噴射装置３００を示す模式斜視図である。
【００４９】
液体噴射装置３００は、図６に示すように、ヘッドユニット３３０と、駆動部３１０と、制御部３６０と、を含む。さらに、液体噴射装置３００は、装置本体３２０と、給紙部３５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ３２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口３２２と、装置本体３２０の上面に配置された操作パネル３７０と、を含むことができる。
【００５０】
ヘッドユニット３３０は、上述した液体噴射ヘッド２００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット３３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ３３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ３３１を搭載した運搬部（キャリッジ）３３２と、を備える。
【００５１】
駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０を往復動させることができる。駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０の駆動源となるキャリッジモーター３４１と、キャリッジモーター３４１の回転を受けて、ヘッドユニット３３０を往復動させる往復動機構３４２と、を有する。
【００５２】
往復動機構３４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸３４４と、キャリッジガイド軸３４４と平行に延在するタイミングベルト３４３と、を備える。キャリッジガイド軸３４４は、キャリッジ３３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ３３２を支持している。さらに、キャリッジ３３２は、タイミングベルト３４３の一部に固定されている。キャリッジモーター３４１の作動により、タイミングベルト３４３を走行させると、キャリッジガイド軸３４４に導かれて、ヘッドユニット３３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００５３】
なお、実施形態では、液体噴射ヘッド２００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置３００は、液体噴射ヘッド２００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置３００によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【００５４】
制御部３６０は、ヘッドユニット３３０、駆動部３１０および給紙部３５０を制御することができる。
【００５５】
給紙部３５０は、記録用紙Ｐをトレイ３２１からヘッドユニット３３０側へ送り込むことができる。給紙部３５０は、その駆動源となる給紙モーター３５１と、給紙モーター３５１の作動により回転する給紙ローラー３５２と、を備える。給紙ローラー３５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー３５２ａおよび駆動ローラー３５２ｂを備える。駆動ローラー３５２ｂは、給紙モーター３５１に連結されている。制御部３６０によって給紙部３５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３３０の下方を通過するように送られる。
【００５６】
ヘッドユニット３３０、駆動部３１０、制御部３６０および給紙部３５０は、装置本体３２０の内部に設けられている。
【００５７】
液体噴射装置３００は、信頼性が向上した圧電素子１００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液体噴射装置３００を実現できる。
【００５８】
なお、上記例示した液体噴射装置３００は、１つの液体噴射ヘッド２００を有し、この液体噴射ヘッド２００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッド２００を有してもよい。液体噴射装置３００が複数の液体噴射ヘッド２００を有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【００５９】
以上、本発明に係る液体噴射装置３００の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット式記録装置を説明したが、本発明に係る液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体等（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【００６０】
なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【００６１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００６２】
１０…振動板、２０…第１電極、２０ａ…導電層、３０…圧電体層、３１…面、３２…凹部、３３…底面、３４…側面、３５…角部、３６…第１の圧電体層、３７…第２の圧電体層、４０…第２電極、１００…圧電素子、１１０…第１の方向、１２０…第２の方向、２００…液体噴射ヘッド、２１０…ノズル板、２１２…ノズル孔、２２０…圧力室基板、２２２…圧力室、２２４…リザーバー、２２６…供給口、２２８…貫通孔、２３０…筐体、３００…液体噴射装置、３１０…駆動部、３２０…装置本体、３２１…トレイ、３２２…排出口、３３０…ヘッドユニット、３３１…インクカートリッジ、３３２…キャリッジ、３４１…キャリッジモーター、３４２…往復動機構、３４３…タイミングベルト、３４４…キャリッジガイド軸、３５０…給紙部、３５１…給紙モーター、３５２…給紙ローラー、３５２ａ…従動ローラー、３５２ｂ…駆動ローラー、３６０…制御部、３７０…操作パネル、４１０…底面、４２０…側面、４３０…上面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極上に形成され、圧電体からなる圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子であって、
前記圧電体層は、前記第２電極側の表面に凹部を有し、前記第２電極が前記凹部内に
形成されている
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体層は、同一材料からなる
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記圧電体層は前記凹部の底面を構成する材料と前記凹部の側面を構成する材料とが異なっており、前記凹部の前記側面を構成する材料の誘電率が前記凹部の前記底面を構成する材料の誘電率より高い
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第２電極の厚みは、前記凹部の深さより薄い
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電素子を備える
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体噴射ヘッドを備える
ことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極上に形成され、圧電体からなる圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子であって、
前記圧電体層は、前記第２電極側の表面に凹部を有し、前記第２電極が前記凹部内に
形成されている
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体層は、同一材料からなる
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記圧電体層は前記凹部の底面を構成する材料と前記凹部の側面を構成する材料とが異なっており、前記凹部の前記側面を構成する材料の誘電率が前記凹部の前記底面を構成する材料の誘電率より高い
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第２電極の厚みは、前記凹部の深さより薄い
ことを特徴とする圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電素子を備える
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体噴射ヘッドを備える
ことを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２３１０５５（Ｐ２０１２−２３１０５５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９２４４（Ｐ２０１１−９９２４４）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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